SIGMA - Foveon X3 Sensor

2017 © Thomas Gade

Foveon Sensor

1997 gründete Carver Mead das US-Unternehmen Foveon Inc. Es entwickelte einen speziellen Drei-Schichten-Aufnahmesensor und wurde 2008 vom Objektiv- und Kamerahersteller Sigma aufgekauft. Der Name des Sensors blieb: Foveon Sensor.

Er wird vom koreanischen Chiphersteller Dongbu HiTek Co gefertigt. Der Foveon hat drei übereinander liegende Sensorschichten mit unterschiedlicher Farbempfindlichkeit, statt der sonst üblichen, schachbrettartigen nebeneinander liegenden Anordnung der Pixel für die Farben Rot, Grün und Blau.

Die Funktion des Foveon Sensors basiert auf der unterschiedlichen Eindringtiefe unterschiedlicher Licht-Wellenlängen in Slicium. Blaues Licht (450−480 nm) hat eine durchschnittliche Eindringtiefe von rund 1 bis 1,8 µm. Grün (520−560 nm) dringt etwa 2,7 bis 3,6 µm ein. Rotes Licht (600−640 nm) erreicht ca. 5 bis 7 µm Tiefe. Die unterschiedliche Eindringtiefe wird zur Farbseparation durch drei übereinanderliegende Schichten mit Lichtrezeptoren genutzt.

Foveon Sensor versus Bayer Matrix

Dem Foveon Sensor wird eine hohe Schärfe und Auflösung nachgesagt, weil durch das Schichtsystem kein Farbmoiré auftritt und somit auf Filter zur Vermeidung verzichtet werden kann. Doch in der Praxis sind diese vermeintlichen Vorteile im Vergleich zum modernen Bayer-Sensor nicht im angepriesenen Sinne feststellbar, weil Bayer-Sensoren mittlerweile Bilddateien mit (viel) mehr Pixeln erzeugen und die Software zum Interpolieren ihrer RGB Meßergebnisse ein hohes Niveau erreicht hat.

Foveon sehr gut bei niedrigen ISO Werten und korrekter Belichtung

Foveon Sensoren sind relativ lichtschwach. Mit ISO 100 kann man sehr gute Bilder erzeugen. Bei unseren Test fanden wir die Leistung von Foveon Sensoren zwischen ISO 100 - 200 beachtlich und bei ISO 400 noch gut. Darüber hinaus bricht die Bildqualität jedoch stark ein ein. Zudem gibt die Kamera Dateien mit sinkender Pixelanzahl aus. Ab ISO 1600 kommt es zu deutlichem fleckenartigem Farbrauschen. Moderne Sensoren mit Bayer-Matrix vertragen weitaus höhere ISO Einstellungen ohne denselben Qualitätseinbruch.

Foveon Sensoren muss man richtig belichten. Selbst bei niedrigen ISO Einstellungen kann man Schatten nicht stark aufhellen, weil sonst Tonwertabrisse sichtbar werden. Bei statischen Motiven und Verwendung eines Stativs ist es besser, eine Belichtungsreihe mit unterschiedlichen Zeiten durchzuführen, um daraus ein Bild mit höherem Dynamikumfang zu erzeugen.

Angabe der Pixelzahl entspricht nicht der Aufgabegröße

Sigma nennt Pixelzahlen, die nicht mit den Angaben von Bayer-Sensoren vergleichbar sind. Beim Foveon gibt es übereinanderliegende Schichten mit lichtempfindlichen Rezeptoren.

Beispiel: Sigma SD1 Merril (DSLR). Sie hat pro Schicht jeweils 4.704×3.136 effektive Rezeptoren. Sigma beschreibt dies so: "Gesamte Pixel 48 MP, (Effektive Pixel) 46 MP (4.800 X 3.200 X 3 Schichten)". Die Ausgabedatei hat aber 4.704 x 3.136 = 14,75 MP. Die Verdreifachung und Aufrundung (!) dieses Wertes entspricht nicht den üblichen Pixel-Werten, die sonst genau die Anzahl der Pixel in der Datei nennen.

Beispiel: Sigma sd Quattro H. Ihr Sensor hat in der oberen (blau) Schicht 6200x4152 Millionen Pixel, in der zweiten Schicht (grün) 3348 x 2232 MP und in der tiefsten (rot) ebenfalls 3348 x 2232 MP. Aus dem Verhältnis 4:1 der Anzahl der Rezeptoren für blaues Licht und den übrigen ergibt sich der Name 'Quattro'. Die Dateien haben eine Größe von 6200x4152 Pixel, also 25,7 Megapixel. Doch addiert Sigma die Pixel aller Schichten und gibt somit "ca. 45 MP" (Sigma Website) an. Im Vergleich mit den Angaben anderer Hersteller ist das irreführend.

RAW Format X3F nur mit Sigma Photo Pro

Die Rohdateien vom Foveon Sensor können von den üblichen RAW Konvertern nicht interpretiert werden. Sigma hat dafür ein eigenes Programm, Sigma Photo Pro.

Bildqualität - Sigma SD1 Merril

Bild 1 - Blüten


Sigma SD1, ISO 200, 1/320 Sekunde, Rodenstock Apo-Rodagon-D 75mm. Blende 8



100% Ausschnitt (800x533 Pixel) aus dem obigen Bild

Bild 2 - Baumblüten


Sigma SD1, ISO 200, 1/640 Sekunde, Rodenstock Apo-Rodagon-D 75mm. Blende 8


100% Ausschnitt (800x533 Pixel) aus dem obigen Bild

Bild 3 - Blüten am Strauch


Sigma SD1, ISO 200, 1/400 Sekunde, Rodenstock Apo-Rodagon-D 75mm. Blende 8


100% Ausschnitt (800x533 Pixel) aus dem obigen Bild

Im Vergleich mit anderen 15 MP Bildern ist die Qualität der Aufnahmen der Sigma SD1 Merrill bei ISO-Werten zwischen 100-400 beeindruckend. Man muss kaum nachschärfen, um Details gut aufzulösen und homogene Flächen sind frei von Farbsprenkeln.

Bildqualität - Sigma sd Quattro

Testfoto mit SIGMA sd Quattro mit Sigma 17-70mm 2.8-4 DC Objektiv bei Blende 8


Gesamtes Bild


Ausschnitt aus dem Bild. ISO 100. Nur mit niedrigster ISO Einstellung wird eine sehr hohe Bildqualität erreicht.

Ausschnitt aus dem Bild. ISO 200. Die Bildqualität ist immer noch gut, doch im Detail sind Qualitätsverschlechterungen erkennbar.

Ausschnitt aus dem Bild. ISO 400

Ausschnitt aus dem Bild. ISO 800. Mit ISO 800 haben die Dateien eine Größe von 2712x1808 Pixel. Zum Vergleich wurde das Bild hochskaliert.

ISO Werte und Bildqualität

Was leistet die SIGMA sd Quattro mit unterschiedlichen ISO Einstellungen im Freien? Wir fotografierten bei trüben Wetter eine Szene im Berliner Westhafen mit ISO 160, 400, 800 und 1600.


Die moderne SIGMA sd Quattro am Balgengerät mit historischem Schneider Kreuznach Xenar 4,5/105mm Objektiv.



SIGMA sd Quattro - Schneider Kreuznach Xenar 4,5 / 105 mm. Unser Testfoto zeigt einen Ausflugsdampfer im Berliner Westhafen.

Ausschnitte aus dem Bild


SIGMA sd Quattro - ISO 160, Ausschnitt


SIGMA sd Quattro - ISO 400, Ausschnitt


SIGMA sd Quattro - ISO 800, Ausschnitt
Die Auflösung bricht bei ISO 800 kräftig ein.


SIGMA sd Quattro - ISO 1600, Ausschnitt
Mit ISO 1600 ist die Auflösung relativ gering gegenüber niedrigen ISO Einstellung.

Pixelanzahl sinkt bei hohen ISO Werten

Völlig unbekannt bei Kameras anderer Marken ist die Reduzierung der Pixelanzahl bei hohen ISO Werten. Bei der Sigma sd Quattro haben Bilder in voller Auflösung bei ISO 400 5424x3613 Pixel, während es mit ISO 800 nur noch 2712x1808 sind (25%) und ein ISO 1600 Foto nur noch 1808x1205 Pixel liefert.

ISO	Pixel	Prozent
100	5424 x 3613	100 %
200	5424 x 3613	100%
400	5424 x 3613	100%
800	2712 x 1808	25%
1600	1808 x 1205	11,2 %

Die volle Auflösung wird nur mit niedrigen ISO Werten angeboten. Man beachte die Angaben unter den Thumbnails.

Schärfe und Detailzeichnung

Wir verglichen die Schärfe und Detailzeichnung der SIGMA sd Quattro mit einer Pentax K-3. Beide Kameras wurden über ein Balgengerät mit dem gleichen Schneider-Kreuznach Xenar 105mm bei Blende 8 belichtet. Die Struktur eines Krans war bei trüben Wetter das Testmotiv. Die SIGMA sd Quattro erzeugt ein Bild mit 5424 x 3616 px gegenüber 6016 x 4000 px der Pentax K-3. Zum Vergleich wurde die Datei der SIGMA sd Quattro auf 6016 x 4000 px hochskaliert.

In beiden Fällen wurde im RAW Modus fotografiert.

SIGMA sd Quattro, ISO 160, Schneider Kreuznach Xenar 105mm, ISO 160

Pentax K-3, ISO 160, Schneider Kreuznach Xenar 105mm

Die Detailzeichnung der SIGMA sd Quattro ist gut, doch wirkt die Mikrostruktur des Bildes überschärft. Farbsäume treten nicht im gleichen Maße auf wie bei der Pentax K-3. Dieser beim Pixel-Peeping erkennbare Unterschied ist in der Praxis unbedeutend, also beim Ausdruck oder beim Betrachten des Bildes auf dem Display, es sei denn, man vergrößert wirklich nur einen kleinen Ausschnitt sehr stark.

Die überschärft wirkenden Kanten der Sigma Datei lassen vermuten, dass der RAW Konverter Sigma Photo Pro hier eine starke Detailakzentuierung vornimmt. Aber selbst auf niedrigster Stufe ist der Effekt unvermeidbar.

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